Луна.
Движения ее и фазы.
Кто не испытал удовольствия любоваться Луною, когда вечером она сияет на чистом небе? -- То она представляется нам с постепенно наростающею бахромкой в виде тонкого серпа, то появляется в виде полукруга, иногда же в виде совершенно полного, ясно блистающего кружка. Но для того, чтобы уразуметь сущность дела, недостаточно только видеть какой-либо красивый, блестящий предмет -- необходимо с ним познакомиться, изучить его; надобно отдать себе отчет в том, что мы видим. Наблюдая Луну, разве не задавали вы сами себе вопроса: "почему она изменяет свой вид каждую ночь?"
А потому, что Луна не составляет, подобно Солнцу, огненного шара, источника света и тепла, сияющего своим собственным блеском. Луна представляет собою также шар, плавающий одиноко в небесном пространстве, но это шар холодный, темный, такой же твердый и плотный, как и Земля, хотя значительно меньший, чем она. Луна не испускает света, подобно свече или лампе; она не имеет другого света, кроме того., который получается ею от Солнца и который она отражает во все стороны, а следовательно и по направлению к Земле. Если бы Солнце не освещало Луны, она оставалась бы совершенно темною, и мы не видали бы ее.
Отражение света непрозрачными телами.
Всякий предмет, освещаемый лампою или Солнцем отбрасывает от себя и посылает во все стороны и в наши глаза часть того света, который он получает; для этого нет надобности, чтобы он был отполирован, как зеркало. Подставьте простой лист бумаги под солнечный луч, проникающий сквозь щель в ставне темной комнаты, -- вы увидите, что этот листок бумаги, получая свет от Солнца, осветит пространство около себя. Он будет вам казаться блестящим очень ярко, и вся комната более или менее осветится отблеском от него.
То же самое происходит и с Луною. Быть может, вы несколько удивитесь, узнав, что Луна просто освещается, как и всякий другой предмет, получающий свет от Солнца, как облака, стены домов, почва и т. д.; ведь она кажется такою блестящею среди темного ночного неба! Солнце в это время скрыто от нас, так как мы находимся в теневом полушарии Земли, но Луна вполне освещается его светом. Наблюдая Луну днем, вы найдете ее не более блестящею, чем какое-нибудь освещенное Солнцем белое облако, плавающее в воздухе; свет, непосредственно исходящий от Солнца, настолько силен, что более слабое его отражение от Луны кажется нам рядом с ним совсем бледным; наоборот, ночью то же самое отражение представляется весьма ярким по сравнению с темною глубиною неба. -- Так, пламя зажженной днем свечи кажется тусклым, желтоватым и едва даже заметным; ночью же это самое пламя кажется вам ярким и блестящим, а отблеск его света от окружающих предметов достаточно сильным.
Луна имеет форму шара, и одновременно только половина ее поверхности может освещаться Солнцем, именно та, которая обращена к нему. Другая же половина находится в темноте, совершенно так же, как это бывает по отношению к Земле. В этом и заключается причина тех различных перемен видов Луны, которые называются ее фазами и при которых к нам бывает обращена то освещенная ее половина, g то темная, то наконец часть той и другой одновременно.
Чтобы лучше уяснить себе это любопытное явление, обратимся опять к лампе и мячу, который на этот раз будет изображать нам Луну и который для большего удобства мы подвесим на нитку. Лампа со своим шаром, как и ранее, пусть изображает Солнце.
Будем держать за ниточку мячик в руке, приподнятой несколько выше глаза, и поместим его перед лампой; мяч окажется между нами и лампой (фиг. 38). Можно ли в таком положении, находясь позади мяча, видеть его освещенный бок, обращенный к лампе? Очевидно нет. Мы увидим только темную его сторону. -- Станем теперь медленно перемещать наш мячик, подвигая его понемногу влево и не изменяя притом положения руки, так, чтобы он потихоньку вращался вокруг нас. Тогда начнет обнаруживаться понемногу освещенная сторона мячика, сначала только край ее, в виде узкого светлого серпа, обращенного выпуклой стороной к лампе и постоянно увеличивающегося по мере продолжения движения (фиг. 39).
Когда мячик сделает четверть оборота около вас, то он займет положение под прямым углом по направлению к лампе, подразумевая в этом случае линию, идущую от лампы к нашему глазу, и другую линию от глаза к мячику, оба эти направления, обе эти линии образуют между собою прямой угол (подобно тому, как два края книги или листа бумаги в тетради), как это обозначается в геометрии. В этом положении мы увидим ровно половину темной его стороны; линия, разделяющая свет от тени, будет казаться разрезывающею мячик по средине. То, что видно с освещенной стороны, представится светлым полукругом, а неосвещенная сторона покажется темным полукругом (фиг. 40).
Не переменяя места и только оборачивая около себя мячик так, чтобы он все время находился перед глазами, закончим мало-по-малу полный полуоборот. По мере того, как мячик станет подвигаться в том же направлении, светлая часть его будет показываться все более и более, а темная сторона -- все менее и менее: освещенная часть будет казаться все увеличивающеюся, а край тени мало-по-малу станет отступать все далее и далее (фиг. 41). Наконец, когда мячик достигнет положения, прямо противоположного лампе (причем нам придется повернуться к ней спиною и держать руку повыше над головою, чтобы тень от нее не падала на мячик), то мы увидим вполне всю освещенную его сторону, в виде совершенно законченного круга; темная же его сторона будет обращена в глубину комнаты (фиг. 42).
Если затем продолжать поворачивать наш мячик в ту же сторону, чтобы закончить его полный оборот около нас, то что мы увидим? Те же самые явления, которые уже наблюдались нами, только в обратном порядке. Сначала мы увидим освещенную сторону несколько вкось и не всю сполна. Небольшая часть темной стороны покажется с края противоположного тому, где была тень ранее, чем мячик достиг того положения, когда он противопоставлял нам вполне свой освещенный бок (фиг. 43). Мало-по-малу тень будет казаться надвигающеюся, а светлая часть убывающею, и когда мячик дойдет до прямого угла, обусловливающего положение, прямо противоположное тому, о котором мы упоминали выше, то видна будет только половина освещенного бока в виде светлого полукруга; только теперь этот полукруг, обращенный выпуклостью всегда к лампе, по отношению к нам, находится с противоположной стороны против того, как мы видели его раньше.
Тогда мы видели его на правой стороне, теперь он занимает левую сторону (фиг. 44). Продолжая вращательное движение мячика до тех пор, пока он снова не подойдет к лампе, мы увидим, что светлый полукруг начнет казаться постепенно убывающим; темный же будет все увеличиваться, расти, оттесняя свет к противоположному краю. Вскоре мячик представит нам только маленький светлый серп (фиг. 45), который затем исчезнет совсем, как только мячик . дойдет до той точки между нами и лампой, откуда началось его перемещение.
Фазы луны.
Итак, повторивши подобный опыт, вы воспроизведете в малом виде явление лунных фаз. На самом деле Луна не стоит неподвижно в небе -- она вращается вокруг Земли, как сама Земля вращается около Солнца. При каждом своем обороте Луна проходит между нами и Солнцем, при каждом обороте она становится в противоположное положение.
На помещенном здесь рисунке (фиг. 46), изображена Земля, а начерченный около нее круг представляет тот путь, которому следует Луна, обращаясь около нашей планеты. Солнце не показано -- оно весьма далеко: изображены только его лучи (в верхней части рисунка), освещающие половину Земли и половину Луны. Для того, чтобы лучше уяснить себе все видоизменения фаз, Луна изображена на круге не один только раз, но в восьми ее последовательных положениях во время полного оборота. Достаточно припомнить опыт с мячиком для того, чтобы понять все без затруднения.
В положении, обозначенном цифрой 1 (фиг. 46), Луна находится, как говорят, в соединении с Солнцем, т. е. по отношению к нам приходится с той же стороны, как и Солнце. Вы сейчас заметите, что находящийся на Земле наблюдатель не может видеть Луны в этом положении иначе, как только с темной ее стороны; это будет та фаза, которая называется новолунием, когда Луна для нас бывает совершенно невидима. Чтобы легче восстановить в памяти различные фазы Луны, они изображены в стороне от каждого положения и в том виде, как они представляются находящемуся на Земле наблюдателю.
В этом положении Луны мы обыкновенно, по многим причинам, не замечаем ничего. Первая причина та, что мы можем наблюдать на небе лишь то, что светится. Всякое темное тело совершенно невидимо для нас, так как сливается с цветом неба. Кроме того, когда Луна бывает на той же стороне, как и Солнце, она появляется на нашем горизонте вместе с ним в одно и то же время и вблизи от него; они восходят и заходят в один и тот же час (вследствие суточного движения Земли). Затем, если бы Луна имела какой, либо свет, то, по причине яркости солнечных лучей, и в этом случае она была бы неуловима для нашего зрения.
Луна подвигается по своей орбите в сторону, обозначенную стрелкою. Сначала показывается с края маленькая частица освещенной стороны в виде узкой полоски света, в форме серпа. В этот момент Луна уже находится не совсем в том направлении, как Солнце (2). Вечером, после заката дневного светила, Луна, несколько запаздывающая каждый день, еще не зашла. Серп месяца виднеется на краю горизонта, он обращен своею выпуклостью к той стороне, где Солнце, т. е. к западу, а рога его смотрят в противоположную сторону, так что он походит на букву э. С каждым вечером он становится шире и вместе с тем позднее заходит. По достижении Луною первой четверти ее оборота (3), в положении ее, составляющем прямой угол по направлению к Земле и от этой последней к Солнцу, нам открывается ровно половина ее освещенной стороны, которая представляется наблюдателю светлым полукругом. Закругленный край ее обращен в сторону Солнца, еще не скрывшегося из глаз иди уже зашедшего. Это будет первая четверть. В день первой четверти, ко времени захождения Солнца, Луна находится в середине своего видимого пути над горизонтом и заходит в свою очередь около полуночи. Заметьте, что во всех фазах Луны видна только блестящая ее сторона; теневая же почти совершенно незаметна для глаз. Чтобы хотя немного разглядеть эту сторону, только слегка освещенную слабым отблеском от Земли, нужно принять известные предосторожности.
По мере своего движения вперед, Луна все более и более открывает нам свою освещенную сторону, полукруг расширяется, постепенно закругляясь (4), а тень отступает к противоположному краю. Наконец, когда она достигает как раз противостояния с Солнцем (5), как видно на рисунке, к Земле будет обращена сполна вся освещенная ее сторона: это и есть полнолуние. Прелестный лучезарный диск представляется нам тогда совершенно закругленным. Во время полнолуния Луна восходит вечером около времени заката Солнца; она блистает в течение всей ночи, медленно описывая свою большую дугу по небу, усеянному звездами, и заходит только утром. Действительно, в этот момент Луна находится в стороне, прямо противоположной Солнцу; мы должны ее видеть во все время, пока не видим Солнца, и наоборот. Днем, т. е. когда мы находимся в стороне, обращенной к свету, Луна закрывается от нас Землею с противоположной стороны; она находится под горизонтом, в той части неба, которую мы не можем видеть. Затем обратно, когда, вследствие вращения Земли, мы будем проходить в тени Земли и уже не можем видеть Солнца, Луна окажется прямо против нас (фиг. 46). Крайне необходимо принять все это во внимание, потому что, как уже было говорено, не достаточно наблюдать только явления, но надобно уяснять себе и причину их.
Теперь, когда Луна начнет проходить вторую половину своей орбиты, мы увидим, что светлая часть постепенно убывает, уступая место тени, которою она покрывается (6). По прошествии нескольких ночей, мы уже увидим только половину освещенной стороны -- это будет последняя четверть (7). Образуемый ею полукруг по-прежнему обращен своею выпуклостью к солнцу, но Луна восходит теперь только после полуночи, перед зарею. Солнце, которое должно показаться чрез несколько часов, уже находится в стороне своего восхода; вот почему светлая часть лунного диска на этот раз будет обращена выпуклостью к востоку. Далее темная часть Луны все более и более захватывает светлую, которая все более и более отступает к краю. Затем (8) по утрам на востоке будет виднеться уже только узенькая блестящая полоска в виде серпа, сходная с серпом после новолуния, но с рогами, повернутыми в противоположную сторону, так что напоминает теперь обыкновенное е или с. Полоска все утончается и сокращается, пока не исчезнет совсем в тот момент, когда Луна возвратится наконец в свое первое положение (1) между нами и Солнцем. После этого начинается новый круг с подобными же фазами, новый лунный месяц. Под этим последним выражением подразумевается полный круг, полный оборот Луны вокруг Земли, продолжающийся почти месяц (более точно 29Va дней). Таким образом в течение месяца возобновляется и заканчивается полный ряд фаз или перемен видов Луны.
Движение Луны не есть только кажущееся, подобно солнечному, но происходит в действительности. Восход и закат Луны запаздывает в каждые сутки немного более, чем на три четверти часа. Еслибы Луна была неподвижна, подобно Солнцу, то раз мы видим сегодня восход ее в известный час, -- завтра, после полного оборота Земли, мы должны были бы видеть Луну в совершенно тот же самый час и в том же положении. Однако по прошествии двадцати четырех часов, когда Земля завершает свое суточное обращение, ей необходимо сделать еще некоторую часть своего оборота для того, чтобы Луна открылась перед нами. Это значит, что Луна подалась вперед, что ее приходится нагонять... Итак, Луна движется, действительно вращается вокруг Земли, даже более, она вращается в ту же сторону, в какую вращается Земля.
Сверх того, один из великих законов неба, явление общее для всех светил, заключается в том, что малые планеты кружатся около больших, а не большие вокруг малых; позднее мы раз'ясним причину этого. Земля гораздо меньше Солнца и обращается вокруг Солнца; Луна, в свою очередь, меньше Земли и обращается около нее.
По величине своей Луна в 50 раз меньше Земли или, другими, словами, надо собрать вместе 50 лун, чтобы образовать такой шар, как Земля (фиг. 48).
Затем, сравнительно с Землею, Луна имеет меньшую плотность и меньший вес: по точному вычислению Луна весит в 81 раз меньше чем Земля.
Как мы уже заметили, диск ночного светила представляется нашим глазам почти такого же видимого размера, как и блестящее светило дня. Это потому, что Луна хотя и много менее Солнца, но в то же время она и значительно ближе к нам. Расстояние от Земли до Луны составляет всего только около 360 000 верст. Конечно, и такое расстояние может вам показаться громадным. Да, это будет верно по отношению к нам и окружающим нас земным предметам, но по отношению к небесным телам, к величине и расстоянию от нас Солнца и других светил -- это немного и мы можем сказать, что Луна есть светило, находящееся в близком от нас соседстве. Вскоре мы приведем несколько сравнений, которые дадут нам более точное представление об этом расстоянии.
Зная расстояние до Луны, можно вычислить длину всего пути, пробегаемого Луною вокруг Земли, т. е. длину ее орбиты; а так как известно и время, которое употребляет Луна на прохождение своей орбиты, то нашли, что Луна несется в пространстве со скоростью около одной версты в секунду, так что в каждую минуту она проходит 57 верст. Кроме того. не следует забывать, что в то время, как Луна обращается вокруг Земли, эта последняя обращается около Солнца. Оба эти движения совершаются одновременно. Каким образом? -- Представьте, что во время -прогулки, когда взрослый человек идет мерным шагом, дитя, следуя за ним, вертится около него, перебегая ему дорогу последовательно то спереди, то сзади. Так вот, подобно этому и Луна должна гнаться за Землею, пробегающей свою орбиту -- и вам известно с какою скоростью -- и сверх того вертеться вокруг нее. Таким образом Луна следует за нашей планетой по небесному пространству, как верный товарищ или, как слуга за своим господином, почему собственно и называют Луну спутником Земли.